Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений

Курсовой проект

 «Проектирование транспортного судна (танкер)»

                                                                                Студентка 4 курса

                                                                                           Шевченко И.В. гр. 1411

                                                                          Руководитель

                                                                       Рюмин С. Н.

Санкт-Петербург

2010 г.

Содержание

1. Исходные данные для расчета…………………………………………………3

2. Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений…………………………………………………………………....4

     2.1. Первое приближение………………………………………………………4

            2.1.1.Составление и решение уравнения масс, выраженных в

            функции водоизмещения………………………………………………...4

            2.1.2. Расчет нагрузки судна в первом приближении…………………...7

            2.1.3. Определение главных размерений судна………………………….7

     2.2. Второе приближение………………………………………………………11

    2.3. Третье приближение……………………………………………………....13

3. Построение теоретического чертежа и кривых элементов

     теоретического чертежа……………………………………………………….

4. Проектирование общего расположения судна……………………………….

5. Проверочные расчеты………………………………………………………….

     5.1. Построение эпюры емкости и проверка вместимости………………….

     5.2. Расчет нагрузки судна…………………………………………………….

     5.3. Расчет посадки и начальной остойчивости……………………………..

Исходные данные для расчета

1.Номер прототипа судна

T(3a)

2.Масса перевозимого груза

Р_ГР=17500 тонн

3.Плотность жидкого груза

4.Скорость

V= 14,5 узлов

5.Дальность плавания

R=8500 миль

6.Автономность

А=35 суток

7.Численность экипажа

Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений

2.1. Первое приближение

2.1.1.Составление и решение уравнения масс, выраженных в

функции водоизмещения

Исходный вид уравнения масс, выраженных в функции водоизмещения:

где,

 - масса корпуса с оборудованием

 - масса установки энергетической судовой

 - масса судовых энергетических запасов

 – масса запаса водоизмещения

 - масса перевозимого судном груза

 - масса запаса снабжения

Для составления зависимостей  используются измерители масс, рассчитываемые с помощью данных судна-прототипа.

1) Масса корпуса с оборудованием

где :

– коэффициент массы корпуса с оборудованием

масса корпуса с оборудование прототипа

 полное водоизмещение прототипа

Получаем:

2) Масса судовой энергетической установки

где:

установленная мощность , равная:

мощность главного двигателя прототипа

С_А0 - адмиралтейский коэффициент прототипа

D₀ – полное водоизмещение прототипа D₀ =27590 т.

V₀-скорость прототипа V₀=15,0 уз.

Найдем С_А0:

Получим:

3) Масса судовых энергетических запасов

где:

установленная мощность , равная:

мощность главного двигателя прототипа

С_А0 - адмиралтейский коэффициент прототипа

D₀ – полное водоизмещение прототипа D₀ =27590 т.

V₀-скорость прототипа V₀=15,0 уз.

Найдем С_А0:

Получим:

4) Масса запаса водоизмещения

5) Масса снабжения

где

  - масса экипажа с багажом, при этом масса одного члена экипажа с багажом :

 - масса провизии, при этом суточный расход провизии на одного члена экипажа

   – масса пресной воды, при этом суточный расход провизии на одного члена экипажа, регламентируемый Санитарными правилами для морских судов , автономность по запасам пресной

воды =20 сут.

 - масса инвентарного снабжения

Подсчет составляющих масс:

1) Масса корпуса с оборудованием

2) Масса судовой энергетической установки

3) Масса судовых энергетических запасов

4) Масса запаса водоизмещения

2.1.2. Расчет нагрузки судна в первом приближении

Таблица 1

Нагрузка судна в первом приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Прототип		Проект
			Рi0, Р0,т	%D0	Рi1, Р,т	%D1
1	2	3	4	5	6	7
1	Корпус с оборудованием		6720	24,36	6304	24,41
2	Судовая энергетическая установка		720	2,61	625	2,42
3	Судовые энергетические запасы		690	2,50	1049	4,06
4	Запас водоизмещения		140	0,51	259	1,0
5	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		175	0,63	91	0,35
6	Груз перевозимый		19145	69,39	17500	67,76
Водоизмещение			27590	100	25828	100

Анализ результатов показывает, некоторые различия столбцов 5 и 7, что объясняется разной грузоподъемностью и водоизмещением.

2.1.3. Определение главных размерений судна

           Определение главных размерений судна целесообразно выполнять путем совместного решения уравнений теории проектирования судов, описывающих основные качества судна – плавучесть, остойчивость и вместимость. Предварительно необходимо найти длину судна L₁ и коэффициент общей полноты δ, исходя из их определяющего влияния на ходкость, а также коэффициент полноты площади ватерлинии α, влияющих на поперечную остойчивость.

           Длина судна L₁

В первом приближении L₁ определяется с использованием безразмерной характеристики скоростных качеств судна – относительной длины l=f(v) и водоизмещения D₁:

Относительная длина

           Коэффициенты полноты теоретического чертежа δ,α

Коэффициент общей полноты δ=a-b∙Fr

где для наливного судна  

                                           а                       b

                                         1,05                 1,40

δ=a-b∙Fr=1,05-1,40∙0,192=0,781

Коэффициент полноты площади ватерлинии

Уравнение плавучести

где  -

 - плотность морской воды

      Уравнение остойчивости

где  - относительная поперечная начальная метацентрическая высота, значения которой рекомендуется принять следующей:

коэффициент k=0,50 – для нефтеналивного судна;

 – относительная аппликата центра масс судна в полном грузу. В первом приближении  =

           Уравнение вместимости

Для наливного судна

где  - коэффициент полноты подпалубного объема, надбавка

 – для нефтеналивного судна

 - «коэффициент сухого отсека», равный1,06

 - теоретическая грузовместимость, м³

 – теоретический объем помещений судовой энергетической установки в основном корпусе, м³

 – удельный объем судовой энергетической установки, м³/кВт, определяемый с помощью данных судна-прототипа,

 – теоретическая вместимость цистерн судовых энергетических запасов (топлива, котельной воды, смазочного масла), м³:

=0,85 т/м³

 – теоретическая вместимость цистерн пресной воды, м³:

 – теоретическая вместимость балластных цистерн (танков) определяется наибольшим количеством балласта, которое может принимать судно в процессе эксплуатации для обеспечения требуемой посадки и остойчивости , м³:

Cоотношение главных размерений	Судно прототип	Проектируемое судно
	7,02	6,34
	2,29	2,77
	1,34	1,42

Увеличение  и уменьшение  связано с увеличением дальности плавания. Отношение  удовлетворяет Правилам о грузовой марке морских     судов РМРС

2.2. Второе приближение

Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении основано на более точном расчете массы корпуса, которая составляет значительную часть водоизмещения. Возможность уточнения массы корпуса обусловлена наличием главных размерений, определенных ранее в первом приближении.

Массу корпуса разбивают на две составляющие P_ст и P_об:

P_{к об2}=P_ст2+P_об2 =5024+1233=6257т

Масса стального корпуса

P_ст2=g_стδ^1/3 B₁  т

где g_ст= g_ст0 =

Масса оборудования

где                                 

           Далее проверяется соответствие суммы масс, составляющих нагрузку судна, водоизмещению D₁.

Сумма масс         

Если расхождение по абсолютной величине невелико:

47

Тогда получаем

Таблица 2

Нагрузки судна во втором приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Масса
1	Корпус с оборудованием		6257
2	Судовая энергетическая установка		625
3	Судовые энергетические запасы		1049
4	Запас водоизмещения		306
5	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		91
6	Груз перевозимый		17500
Водоизмещение		D2	25828

Проверяем результат

Расхождение увеличилось на 4 тонны, тогда  будет равно 310 т. Получим таблицу3:

Таблица 3

Нагрузки судна во втором приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Масса
1	Корпус с оборудованием		6257
2	Судовая энергетическая установка		625
3	Судовые энергетические запасы		1049
4	Запас водоизмещения		310
5	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		91
6	Груз перевозимый		17500
Водоизмещение		D2	25832

2.3.Третье приближение

           Третье приближение посвящается окончательному выбору элементов судна и уточнению нагрузки.

           С наибольшей доступной точностью определяются сопротивлением воды движению судна, буксировочная мощность и необходимая мощность главного двигателя. После выбора главного двигателя уточняется нагрузка судна и в случае необходимости корректируются водоизмещение и главные размерения.

           Расчёт буксировочной мощности EPS рекомендуется производить по ОСТ 5.0181-75 “Атлас диаграмм для расчёта буксировочной мощности морских транспортных судов” или по данным справочника.

           Требуемая мощность главного двигателя N_ТР, кВт

где η – общий пропульсивный коэффициент. Для целей курсового проектирования рекомендуется принимать η=η₀=0,70.

коэффициент сопротивления трения эквивалентной технически гладкой пластины

кореляционный коэффициент (надбавка на шероховатость) определяется в зависимости от длины судна L=152,9 м;

коэффициент сопротивления выступающих частей определяется в зависимости от длины судна L=152,9 м , судно одновинтовое;

коэффициент остаточного сопротивления

=1,45  исходя из числа Fr:

где

 определяется в зависимости от отношения B/T=2,768

1,45

 =

=3,59

Требуемая мощность главного двигателя N_ТР, кВт

где η – общий пропульсивный коэффициент. Для целей курсового проектирования рекомендуется принимать η=η₀=0,70.

           После определения требуемой мощности главного двигателя по каталогам машиностроительных фирм выбирается главный двигатель. Для целей курсового проектирования выбор главного двигателя производится по условному каталогу главных двигателей с мощностями, изменяющимся с шагом 200 кВт.

           Выбирается двигатель с запасом по мощности не менее 15%:

N_гл≥1,15N_тр

N_гл≥1,15∙5680=6532 кВт выбираем N_гл=6600 кВт

           После выбора главного двигателя с мощностью N_гл уточняются массы судовой энергетической установки P_сэу3 и судовых энергетических запасов P_сэз3:

            При невыполнении условия  производится уточнение водоизмещения, нагрузки и главных размерений в порядке, применённом во втором приближении со следующими изменениями:

- так как массы P_cэу3 и P_сэз3 после выбора главного двигателя перешли в разряд постоянных масс, коэффициент Нормана следует рассчитывать по формуле

;

-при изменении главных размерений (L₃,B₃,T₃,H₃) уточняется только масса корпуса P_{к об3};

=

Массу корпуса разбивают на две составляющие P_ст и P_об:

P_{к об3}=P_ст3+P_об3 =5001+1195=6196 т

Масса стального корпуса

P_ст3=g_стδ^1/3 B₃  т

где g_ст= g_ст0 =

Масса оборудования

где                                 

-производится проверка соответствия мощности выбранного главного двигателя, требуемой для судна с уточненным водоизмещением:

 - условие выполнено

           В итоге получаем следующие данные:

δ= 0,781

Таблица 4

Нагрузка судна в третьем приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Масса
1	Корпус с оборудованием		6196
2	Судовая энергетическая установка
3	Судовые энергетические запасы		929
4	Запас водоизмещения		310
5	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		91
6	Груз перевозимый		17500
Водоизмещение		D3	25580

Cоотношение главных размерений

Cоотношение главных размерений	Судно прототип	Проектируемое судно
	7,02	6,34
	2,29	2,77
	1,34	1,44